Table Of Content.
я
р
о
м
о
гя
ои Н.Н. Фокина, З.А. Нефедова, Н.Н. Немова
лн
еа
Бт
и
.
Lб
s о
liы Липидный состав мидий
u
dд
eе
р Mytilus edulis L. Белого моря.
sс
u
lв
tiо
y Влияние некоторых факторов
р
M
о
й т
к
иа среды обитания
дф
и
мх
ы
вр
а
о
т
ст
о
о
к
с
е
йн
ы
е
ни
дн
ия
пи
ил
ЛВ
а
в
о
м
е
Н
Н.
Н.
а,
в
о
д
е
ф
е
Н
А.
З.
а,
н
и
к
о
Ф
Н.
Н.
Н.Н. Фокина, З.А. Нефедова, Н.Н. Немова
Липидный состав мидий
Mytilus edulis L. Белого моря
Влияние некоторых факторов
среды обитания
Петрозаводск
2010
УДК 594.124:577.115(268.46)
ББК 28.691(2 Рос.Кар.)
Ф 75
Липидный состав мидий Mytilus edulis L. Белого моря. Влияние некото-
рых факторов среды обитания / Н.Н. Фокина, З.А. Нефедова, Н.Н. Немо-
ва. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2010. 243 с.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ
(08-04-01140-а); Программы Президента РФ
«Ведущие научные школы» (НШ-3731.2010.4);
Целевой программы РАН «Поддержка молодых ученых»
ISBN 978-5-9274-0405-6
© Институт биологии КарНЦ РАН, 2010
ВВЕДЕНИЕ
Проблема устойчивости организма, его адаптации к изменяю-
щимся условиям среды остается одной из центральных проблем
биологии. Адаптация обеспечивается деятельностью целого ком-
плекса механизмов, среди которых важную роль играют биохими-
ческие механизмы, лежащие в основе развития компенсаторных
реакций клетки в ответ на действие неблагоприятных факторов
среды (Хочачка, Сомеро, 1988; Озернюк, 2003; Немова, Высоцкая,
2004; Смирнов, Богдан, 2007). Благодаря прикрепленному образу
жизни, моллюски, в частности мидии Mytilus edulis L., обладают
широким спектром адаптаций на молекулярном, биохимическом,
клеточном, физиологическом, поведенческом, популяционном и
других уровня организации к воздействию различных неблагопри-
ятных факторов (Громосова, Шапиро, 1984; Бергер, 1986; Хочачка,
Сомеро, 1988; Newell, 1989; Алякринская, 2004; McDowell, 2005).
Как и большинство обитателей прибрежной зоны моря, Mytilus
edulis являются эврибионтами, т.е. они способны существовать
при сильных колебаниях соленосного, кислородного и температур-
ного режимов (Бергер, 1986).
Известно, что устойчивость организма к различным воздейст-
виям в значительной степени определяется особенностями липид-
ного обмена (Крепс, 1981; Thompson, 1986; Lopez et al., 2006). По-
скольку липидные компоненты участвуют во всех важнейших фи-
зиолого-биохимических процессах организма (Крепс, 1981; Дятло-
вицкая, Безуглов, 1998; Когтева, Безуглов, 1998), они играют важ-
ную роль в компенсаторных реакциях организма в ответ на воздей-
ствие неблагоприятных условий среды обитания.
Наиболее подробно изучено влияние основного фактора окру-
жающей среды – температуры, на биохимические и физиологи-
ческие процессы, происходящие в организме водных животных.
3
Введение
Изначально, при изучении биохимических механизмов адаптаций
водных организмов на уровне липидного метаболизма, основное
внимание уделялось роли структурных липидов (фосфолипидов,
холестерина, насыщенных и полиненасыщенных жирных ки-
слот). Поскольку первичным ответом на стрессовое воздействие
являются модификации физико-химического состояния клеточ-
ных мембран (Thompson, 1986; Lopez et al., 2006), липиды, как
одни из основных компонентов бислоя, играют важную роль в
процессах адаптации к изменившимся условиям среды. В литера-
туре достаточно подробно описано явление «адаптации гомеовяз-
кости», возникающее при влиянии пониженной температуры
(Sinensky, 1974; Fodor et al., 1995; Loque et al., 2000; Los, Murata,
2004). В ходе этого процесса, в ответ на действие низкой темпера-
туры альтерации в составе липидов направлены на поддержание
необходимой вязкости биологических мембран. Так, характерным
адаптивным ответом на понижение температуры является усиле-
ние синтеза полиеновых жирных кислот, которые компенсируют
стабилизирующее влияние данного фактора на липидный бислой.
Одним из хорошо известных примеров эволюционной биохимиче-
ской адаптации рыб к обитанию в холодных водах высоких широт
Мирового океана служит повышенное содержание полиненасы-
щенных жирных кислот в составе общих липидов (Сидоров, 1983).
Помимо структурных липидных компонентов, в исследователь-
ских работах большое внимание уделялось участию запасных липи-
дов в адаптациях водных организмов к изменяющимся условиям сре-
ды обитания. В большинстве таких работ показано снижение концен-
трации триацилглицеринов у водных организмов в ответ на действие
различных факторов (Лапин, Шатуновский, 1981; Гершанович и др.,
1991; Sangiao-Alvarellos et al., 2003 и 2005). Например, у атлантиче-
ского лосося отмечалось снижение уровня триацилглицеринов при
смене пресной среды обитания на морскую, что указывает на актив-
ное участие запасных липидов, в качестве источника энергии, в про-
цессе адаптации к морской воде (Гершанович и др., 1991).
По мере изучения регуляторной роли липидов в метаболизме у
различных организмов, в литературе появлялись сведения о воз-
4
Введение
можном участии физиологически-активных липидов в адаптивных
процессах. Например, в ответ на действие различной температуры,
у рыб отмечались изменения в количестве сфингомиелина, фосфа-
тидилсерина, фосфатидилинозитола, а также арахидоновой, эйко-
запентаеновой и докозагексаеновой кислот (Крепс, 1981; Лапин,
Шатуновский, 1981; Сидоров, 1983; Roche et al., 1983; Hansen,
Abraham, 1983; Bell et al., 1986; Шульман, Юнева, 1990; Гершано-
вич и др., 1991; Babili et al., 1996; Harel et al., 2001; Hall et al., 2002;
Cordier et al., 2002; Sangiao-Alvarellos et al., 2003 и 2005; Martinez-
Alvares, 2005). Такие модификации в составе физизиологически-
активных липидов указывали на адаптивную роль этих липидных
компонентов. Следует отметить, что модулирующая роль липид-
ного состава у водных организмов в температурных адаптациях
сравнительно хорошо изучена.
Помимо температуры, одним из важнейших абиотических фак-
торов среды обитания морских организмов является соленость
(Бергер, 1986; Озернюк, 2003). Имеется большое количество ра-
бот, посвященных участию липидов в адаптивной функции при из-
менении солености среды обитания у животных, относящихся к
группе осморегуляторов, в частности высших ракообразных и рыб
(Chapelle, 1978; Hansen, Abraham, 1983; Harel et al., 2001; Cordier et
al., 2002; Luvizotto-Santos et al., 2003; Shivkamat, Roy, 2005;
Martinez-Alvarez et al., 2005; Sangiao-Alvarellos et al., 2005). Однако
исследований, описывающих изменение липидного состава при
смене солености морской воды у осмоконформеров, к которым от-
носятся двустворчатые моллюски, относительно немного (Glemet,
Ballantyne, 1995; Кашин, 1997; Hall et al., 2002). В настоящей рабо-
те рассматриваются механизмы адаптаций на биохимическом
уровне к различной солености у осморегуляторов (гомойосмотиче-
ских животных) и осмоконформеров (пойкилосмотических живот-
ных). Представленные в монографии сведения обобщают имею-
щиеся в литературе данные и собственные экспериментальные
данные об участии липидного состава в адаптациях гомойосмоти-
ческих животных к смене солености морской воды.
Объектом проведенных экспериментальных исследований была
выбрана обыкновенная мидия Mytilus edulis L. (1758), которая является
5
Введение
типичным обитателем прибрежной и сублиторальной зоны Белого
моря. Данные моллюски широко используются в марикультуре. На
базе ББС «Картеш» Зоологического института РАН в акватории губы
Чупа Кандалакшского залива Белого моря создана эксперименталь-
ная марикультура мидий с целью изучения особенностей условий
среды обитания культивируемых моллюсков. Для проведения срав-
нительного анализа липидного состава были использованы мидии,
обитающие на литорали (прибрежной зоне) Белого моря и на искус-
ственных субстратах марикультуры. Мидии, обитающие на искусст-
венных субстратах, находятся в относительно благоприятных услови-
ях, по сравнению с литоральными и сублиторальными моллюсками
из естественной среды обитания. Преимущества обитания на искусст-
венных коллекторах следующие: (1) – подвесные субстраты не кон-
тактируют с грунтом, постоянно промываются течениями воды, по-
этому моллюски не заражены паразитами и не содержат частичек
грунта, а также не подвержены влиянию хищников; (2) – относитель-
но постоянная температура воды (1,5–2,5 м – глубина, на которой на-
ходятся субстраты, это прогреваемый поверхностный слой воды, ко-
торый не подвержен приливно-отливным циклам) (Кулаковский,
2000). Показано, что у беломорских мидий Mytilus edulis модифика-
ции состава липидов при влиянии различной солености затрагивают
структурные, энергетические и регуляторные компоненты, причем
ответная реакция на уровне липидного состава органоспецифична, за-
висит от исходного местообитания и стадии репродуктивного цикла
моллюсков.
Еще одним важнейшим фактором среды, оказывающим влия-
ние на метаболические и физиологические процессы, происходя-
щие в организме морских моллюсков, является периодическая сме-
на приливов и отливов. Мидии Mytilus edulis, обитающие в при-
брежной (литоральной) зоне моря, являются типичными
факультативными анаэробами. Способность моллюсков выдержи-
вать отсутствие кислорода, возникающее во время отлива, обеспе-
чивается деятельностью целого ряда адаптивных механизмов (Гро-
мосова, Шапиро, 1984; Алякринская, 2004; David et al., 2005). Сле-
дует отметить, что роль липидов в адаптивных реакциях мидий в
6
Введение
ответ на анаэробные условия среды исследована недостаточно. В
настоящей работе обсуждаются результаты, полученные в ходе ак-
вариальных экспериментов, в которых выявлены компенсаторные
изменения в составе липидов у беломорских мидий в ответ на дей-
ствие краткосрочной аноксии. Помимо мембранных и физиологи-
чески активных липидов, значительным изменениям подвергаются
запасные липидные компоненты, что предполагает их активное ис-
пользование в качестве альтернативного источника энергии в ус-
ловиях недостатка кислорода. Ранее у двустворчатых моллюсков в
качестве энергетических ресурсов исследовали только углеводы и
белки (Шульман и др., 1993; Щербань, Вялова, 2001).
В настоящее время, наряду с абиотическими факторами среды,
значительное влияние на водные организмы оказывают антропоген-
ные воздействия, в том числе загрязнения морских акваторий неф-
тепродуктами. Мидии, как и большинство двустворчатых моллю-
сков, выработали комплекс адаптаций на различных уровнях орга-
низации, позволяющий им выживать в условиях загрязнения неф-
тью и ее продуктами (Bayne et al., 1982; Moore et al., 1987; Moore,
1998; McDowell, 2005). Имеющиеся в литературе сведения о моди-
фикациях липидного состава в ответ на действие нефтепродуктов не
достаточны для создания полной картины, описывающей ответную
реакцию организма на такое антропогенное воздействие. В настоя-
щей работе представлены экспериментальные данные об изменени-
ях в составе липидов (структурных, запасных и физиологически ак-
тивных компонентов) беломорских мидий в ответ на действие неф-
тепродуктов, дополняющие уже имеющиеся в литературе сведения
о биохимических адаптациях Mytilus edulis.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что представленные в на-
стоящей работе экспериментальные данные об изменениях липид-
ного состава Mytilus edulis в ответ на действие различной солено-
сти, краткосрочной аноксии, нефтепродуктов получены в ходе ак-
вариальных экспериментов. Такие эксперименты широко распро-
странены при изучении механизмов адаптаций. Известно, что в хо-
де аквариальных экспериментов происходит акклимация организ-
ма к одному определенному фактору среды (Хлебович, 1981; Озер-
7
Введение
нюк, 2003), что дает возможность получить представление о спе-
цифичности адаптивного ответа.
Тем не менее, для всестороннего понимания модификаций, про-
исходящих в метаболизме липидов у беломорских мидий Mytilus
edulis в ответ на действие некоторых факторов среды обитания
(солености, аноксии, нефтяного загрязнения) одних аквариальных
экспериментов недостаточно. Поэтому, обсуждаемые в работе дан-
ные, характеризующие особенности состава липидов в зависимо-
сти от возраста и исходного местообитания, получены у моллю-
сков из естественной среды.
Известно, что двустворчатые моллюски служат важным промы-
словым объектом, обладающим высокой пищевой ценностью. Так,
характерной особенностью липидного состава морских двуствор-
чатых моллюсков является повышенная концентрация триацилгли-
церинов и полиеновых жирных кислот n-3 семейства. Известно,
что употребление пищи, обогащенной данными ПНЖК, препятст-
вует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Поэтому полу-
ченные в ходе экспериментов сведения о липидном и жирнокис-
лотном составе беломорских мидий имеют и прикладное значение.
Настоящая работа выполнена в лаборатории экологической
биохимии Института биологии Карельского научного центра РАН.
Авторы выражают искреннюю признательность и благодарность
всем сотрудникам лаборатории экологической биохимии, особен-
но группе липидологии к.б.н. П.О. Рипатти, к.б.н. Т.Р. Руоколай-
нен, к.б.н. О.Б. Васильевой, Л.В. Марковой за всестороннюю по-
мощь, ценные советы и рекомендации. Выражаем большую при-
знательность д.б.н. В.Я. Бергеру – руководителю ББС «Картеш»
ЗИН РАН с 1982 по 2008 гг., и всему коллективу биостанции за
предоставленную возможность проводить исследования на моллю-
сках, а также особая благодарность – ст.н.с. ББС «Картеш» ЗИН
РАН, д.б.н. В.В. Халаману и н.с. ИБ КарНЦ РАН, к.б.н. И.Н. Бах-
мету за помощь в постановке экспериментов.
Авторы будут благодарны и признательны всем, кто пожела-
ет высказать замечания и рекомендации по поводу настоящей
работы.
8
Глава 1. Биология обыкновенной мидии Mytilus edulis L.
ЧАСТЬ I
Липидный состав мидий
Mytilus edulis L. Белого моря
9
